Электролиз.

Электролиз

Электролиз – совокупность окислительно-восстановительных процессов, происходящих на электродах при пропускании постоянного электрического тока через расплав или раствор электролита.

Анод–электрод, на котором происходит окисление, заряжен положительно

Катод – электрод, на котором происходит восстановление, заряжен отрицательно

Активный анод- анод, материал которого может окисляться в ходе электролиза

Инертный анод- анод, материал которого не окисляется в ходе электролиза (например, электроды из платины, угля, графита, золота)

Электролиз расплавов.

На катоде - восстанавливаются все металлы

На аноде:

При электролизе солей бескислородных кислот идет процесс окисления в соответствующее простое вещество

При электролизе солейкислородных кислот идет процесс окисления по схеме:

2 ХО _n - 4 ē → О₂⁰+ ХО_n-1

При электролизе оснований

4ОН^- – 4 ē → О₂⁰+ 2Н₂О

При электролизе оксидов

2О₂ ^2- - 4 ē → О₂⁰

Например, электролиз расплава NaCl

В расплаве хлорид натрия диссоциирует, образуя Na⁺  и Cl^- . значит, при электролизе расплава хлорида натрия на катоде происходит процесс восстановления катионов натрия. А на аноде – процесс окисления анионов хлора.

К(-): Na⁺  +1ē → Na⁰           2

А(+):  2Cl^- - 2ē → Cl₂⁰       1

2Na⁺ +2Cl^- → Na⁰   +Cl₂⁰

                электролиз

2 NaCl                                   Na⁰   +Cl₂⁰

расплав

Электролиз  расплава КОН

К(-): К⁺  +1ē → К⁰                                           4 

А(+):  4ОН^- - 4ē → О₂⁰   +2Н₂О         1

4К⁺ +4ОН^- → 4К⁰   +О₂⁰   +2Н₂О

4КОН → 4К⁰   +О₂⁰   +2Н₂О

Электролиз Al₂O₃в криолите

А) растворение в криолите

Al₂O₃ + 3Na₃[AlF₆] = 2AlF₃ + 3Na₃[AlOF₄]

Б) электролиз полученного расплава

К(-): Al³⁺  + 3 ē → Al⁰                                                  4

А(+):  2[AlOF₄]^3- -4 ē →2[AlF₄]^- + O₂       3

4 Al³⁺ + 6[AlOF₄]^3- → 4 Al⁰ + 6[AlF₄]^- + 3O₂

 2AlF₃ + 3Na₃[AlOF₄]→ 4Al⁰ + 6Na[AlF₄] + 12NaF +3O₂

 Al₂O₃→ Al⁰   + 3O₂

Электролиз растворов.

На катоде - К(-):

От  Li до Al идет процесс восстановления воды: 2H₂O +2ē →H₂ + 2OH^-, при этом металлы не восстанавливаются.

От Mn до H₂  - идет восстановление и металла и молекул воды.

От  Cu до  Pt восстанавливаются металлы.

На аноде – А(+):

Если анод активный (железо, цинк, медь, серебро и все металлы, которые окисляются в процессе электролиза), то окисляется металл анода, несмотря на природу аниона.

Если анод инертный – графит, золото, платина),то:

1)      Бескислородные кислотные остатки (кроме фторидов) окисляются до простых веществ.

2)      При электролизе кислородсодержащих кислотных остатков и фторидов окисляется

                           вода: 2Н₂О – 4ē →  О₂+ 4Н⁺

3)      При электролизе растворов щелочей идет окисление OH^-:

4ОН^- - 4ē → О₂⁰   +2Н₂О

Например, электролиз раствора  CuBr₂  (инертный анод)

К(-): Cu²⁺  +2ē → Cu⁰         1

А(+):  2Br^- - 2ē → Br₂⁰           1

Cu²⁺+2Br^-→ Cu ⁰   +Br₂⁰ 

           электролиз

CuBr₂                                         Cu ⁰   +Br₂⁰ 

Электролиз  раствора NaCl (инертный анод)

К(-):2H₂O +2ē →H₂ + 2OH^-  1

А(+):  2Cl^- - 2ē → Cl₂⁰                      1

2H₂O+2Cl^- → H₂⁰   +Cl₂⁰  +2OH^–

электролиз

2NaCl + 2H₂O                                   H₂⁰   +Cl₂⁰ + 2NaOH

Электролиз  раствора ZnCl₂ (инертный анод)

К(-):2H₂O +2ē →H₂ + 2OH^-

К(-):Zn²⁺ + 2ē →Zn

А(+):  2Cl^- - 2ē → Cl₂⁰                

Суммарное уравнение в данном случае не пишут

Электролиз  раствораCuSO₄(инертный анод)

К(-): Cu²⁺  + 2 ē → Cu ⁰                         2

А(+):  2Н₂О – 4ē →  О₂+ 4Н⁺         1

2Cu²⁺  + 2H₂O→ Cu ⁰  + О₂+ 4Н⁺        

2CuSO₄  + 2H₂O→ Cu ⁰  + О₂+ 2Н₂SO₄

Электролиз  раствораKNO₃(инертный анод)

К(-):2H₂O +2ē →H₂ + 2OH^-       2

А(+):  2Н₂О – 4ē →  О₂+ 4Н⁺         1

2H₂O→ 2H₂ + 4OH^-  +О₂+ 4Н⁺

2H₂O→ 2H₂+О₂

Электролиз  раствораNiBr₂( медные электроды)

К(-):Ni²⁺ +2 ē →Ni                           1

А(+):  Cu ⁰ – 2 ē →  Cu²⁺                              1

Cu ⁰+Ni²⁺→Cu²⁺+ Ni

Cu ⁰ + NiBr₂→CuBr₂+ Ni

Электролиз  раствораCuSO₄( медные электроды)

К(-): Cu²⁺  + 2 ē → Cu ⁰          1

А(+):  Cu ⁰ – 2 ē →  Cu²⁺       1

Электролиз солей органических кислот

2R-COO^- → R-R + 2CO₂

Электролиз  раствораСН₃СООNа (инертный анод)

К(-):2H₂O +2ē →H₂ + 2OH^-                                          1

А(+):  2CН₃СОО^- - 2ē → C₂Н₄ + 2СО₂              1

2H₂O +2CН₃СОО^-→H₂+ C₂Н₄ + 2СО₂+2OH^-

2H₂O +2CН₃СООNа →H₂+ C₂Н₄ + 2СО₂ +2NаOH

Упражнения.

1. Составьте уравнения катодного и анодного процессов и уравнение электролиза (по возможности) растворов с угольными электродами: а) хлорида меди(II), б) сульфата натрия, в) ацетата калия, г) нитрата свинца; д) хлорида железа (III), е) гидроксида  натрия.

2. Составьте уравнения катодного и анодного процессов и уравнение электролиза расплавов: а) гидроксида калия, б) хлорида никеля, в) нитрата натрия, г) хлорида кальция.

3. Составьте уравнения катодного и анодного процессов и уравнение электролиза  растворов: а) хлорида никеля(анод - никель); б) сульфата меди(II) (анод - медь).

4. Напишите уравнение электролиза раствора такого электролита, при разложении которого на катоде образуется вещество А, а на аноде - вещество В.